Kuat rencana dari suatu batang tarik tidak selalu dikontrol oleh φt Fy Ag atau φt Fu Ae atau oleh kekuatan baut atau las dimana batang disambungkan, tetapi bisa juga ditentukan oleh kekuatan geser blok.
Keruntuhan dari suatu batang bisa terjadi sepanjang suatu lintasan tarik pada satu bidang dan geser pada bidang tegak lurusnya dalam Gambar 3.16 yang memperlihatkan beberapa kemungkinan keruntuhan geser blok. Dengan kondisi seperti ini, memungkinkan suatu blok baja untuk tersobek.
Jika beban tarik diberikan pada suatu sambungan ditingkatkan kekuatan hancur dari bidang yang lebih lemah akan dicapai. Bidang lemah ini tidak akan runtuh karena ditahan oleh bidang yang lebih kuat. Beban dapat terus ditingkatkan sampai kekuatan runtuh dari bidang yang lebih kuat tercapai. Pada saat tersebut bidang lemah akan leleh. Kekuatan total sambungan sama dengan kekuatan hancur dari bidang terkuat ditambah kekuatan leleh bidang terlemah. Jadi tidaklah realistis untuk menjumlahkan kekuatan hancur bidang kuat dan bidang lemah untuk menentukan tahanan geser blok dari suatu batang. Terlihat bahwa geser blok bersifat merobek atau menghancurkan tetapi tidak melelehkan.
Batang dalam Gambar 3.17(a) mempunyai luas geser yang besar dan luas tarik yang kecil, jadi tahanan utama keruntuhan geser blok adalah geser dan bukan tarik. Peraturan LRFD menyatakan bahwa dapat diasumsikan jika suatu keruntuhan geser terjadi pada luas tahanan geser yang besar maka luas tarik yang lebih kecil dapat dianggap leleh.
Gambar 3.17(b) memperlihatkan free body dari blok tersebut yang cenderung untuk merobek profil siku pada Gambar 3.17(a). Terlihat disini bahwa geser blok disebabkan oleh tumpuan baut pada belakang lubang baut.
Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 55
Dalam Gambar 3.17(c) pada saat terjadi geser blok, luas tarik akan lebih besar dibandingkan dengan luas geser. AISC-LRFD berpendapat bahwa dalam kasus ini gaya utama yang menahan keruntuhan geser blok adalah gaya tarik dan bukan geser. Jadi keruntuhan geser blok tidak dapat terjadi sebelum terjadi keruntuhan tarik. Disini dapat diasumsikan bahwa luas geser telah leleh.
(a) Siku Sambungan Baut
(b) Profil W Dengan Sambungan Baut Pada Flens
(c) Pelat Sambungan Las Gambar 3.16 Geser Blok
Berdasarkan pembahasan diatas, Peraturan AISC-LRFD (J4.3) menyatakan bahwa kuat rencana geser blok dari suatu batang ditentukan dengan (1) menghitung kekuatan hancur tarik pada penampang netto dalam satu arah dan menjumlahkan kekuatan leleh geser pada luas bruto pada arah tegak lurusnya dan (2) menghitung kekuatan hancur geser pada luas bruto yang mendapat beban tarik dan menjumlahkan kekuatan leleh tarik pada luas netto yang mendapat gaya geser pada segmen tegak lurusnya.
Hasil uji menunjukkan bahwa prosedur ini memberikan hasil yang baik. Hal ini konsisten dengan perhitungan yang sebelumnya telah digunakan untuk menghitung batang tarik dimana luas bruto dipakai untuk pada kondisi batas kelelehan (φt Fy Ag)
Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 56
dan luas netto untuk kondisi batas kehancuran (φt Fu Ae
1. Jika F
). AISC-LRFD J4.3 menyatakan bahwa kuat rencana keruntuhan geser blok ditentukan sebagai berikut:
u Ant ≥ 0,6 Fu Anv maka akan tejadi leleh geser dan keruntuhan tarik, persamaan yang digunakan adalah:
[
y gv u nt]
n F A F A
R =φ 0,6 +
φ (LRFD Pers. J4-3a) (3.7)
2. Jika 0,6 FuAnv > FuAnt maka akan tejadi leleh tarik dan keruntuhan geser, persamaan yang digunakan adalah:
[
u nv y gt]
n F A F A
R =φ 0,6 +
φ (LRFD Pers. J4-3b) (3.8)
dimana φ = 0,75
Agv = luas bruto akibat geser Agt = luas bruto akibat tarik Anv = luas netto akibat geser
Ant
(a) Runtuh Geser dan Leleh Tarik (b) Free Body Blok Cenderung Merobek
Bagian Profil Siku (a)
(c) Runtuh Tarik dan Leleh Geser Gambar 3.17 Geser Blok
Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 57
Contoh 3.10 dan 3.11 memberikan ilustrasi cara menentukan kekuatan geser blok untuk dua batang. Topik geser blok dilanjutkan dalam bab sambungan pada bab berikutnya, dimana sambungan balok harus dicek terhadap flens atas dari balok terlepas.
Contoh 3.10
Batang tarik mutu BJ37 dalam Gambar 3.18 disambungkan dengan tiga baut 19 mm. Tentukan kekuatan geser blok dan kekuatan tarik batang tersebut.
Solusi:
L100x150x26,1 (t = 14 mm)
Gambar 3.18 Batang Tarik Untuk Contoh 3.10
( )
2 mm 1960 14 ) 140 ( = = gv A( )
14 840mm2 ) 60 ( = = gt A(
)( )
2 mm 1225 14 1 2 x 5 , 2 140− = = nvA , dengan angka 2,5 adalah pengurangan dari
2,5 jumlah baut.
( )
2 mm 693 14 21 x 2 1 60 = − = ntA , dengan angka ½ adalah pengurangan dari ½
jumlah baut.
FuAnt = (370x106)(693x10-6)10-3 = 256,4 kN < 0,6 Fu Anv = (0,6)(370x106)(1225x10-6)10-3 = 198,5 kN
Jadi gunakan LRFD Pers. J4-3b
φRn = 0,75[(0,6)(370x106)(1225x10-6)10-3 + (240x106)(840x10-6)10-3] = 355,2 kN Kekuatan tarik dari profil siku adalah
Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 58 (b) An = 3320 – (1)(21)(14) = 3026 mm2 49,7 1 0,645 140 U= − =
= A, dengan nilai 1 menyatakan jumlah baut
Ae = UA = (0,645)(3026) = 1951,8 mm2
Nu = φt Fu Ae = (0,75)(370x106)(1951,8x10-6)10-3 = 541,6 kN
Nu batang = nilai terkecil dari φRn = 355,2 kN atau Nu = 541,6 kN
Nu = 355,2 kN
Dari tabel Bagian 8 Manual LRFD untuk balok W, dapat dihitung kekuatan geser bloknya. Dalam Tabel 8-47(a) diberikan nilai φ Fu Ant per inci ketebalan material, dan Tabel 8-47(b) memberikan nilai φ (0,60Fy Agv
Contoh 3.11
) per inci ketebalan material. SNI 03- 1729-02 tidak memberikan tabel-tabel semacam ini untuk keperluan perancangan praktis.
Tentukan kuat rencana geser blok batang BJ37 dengan sambungan las dalam Gambar 3.19.
Gambar 3.19 Batang Tarik Untuk Contoh 3.11
Solusi:
( )
214 (100 100) 2800 mm
gv
Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 59
( )
2 14 (250) 3500 mm gt A = =( )
2 mm 2800 ) 100 100 ( 14 + = = nv A( )
2 mm 3500 ) 250 ( 14 = = nt A FuAnt = (370x106)(3500x10-6)10-3 = 1295 kN > 0,6 Fu Anv = (0,6)(370x106)(2800x10-6)10-3 = 621,6 kNJadi gunakan LRFD Pers. J4-3a
φRn = 0,75[(0,6)(240x106)(2800x10-6)10-3 + (370x106)(3500x10-6)10-3] = 1273,6 kN Kekuatan tarik pelat adalah
Nu = φFy Ag = (0,90)(240x10-6)(14 x 250x10-6)10-3 = 756 kN Kuat rencana pelat = 756 kN
Dalam beberapa kasus tidak begitu mudah untuk meninjau penampang untuk perhitungan geser blok. Dalam hal ini perancang teknik harus menggunakan pertimbangannya sendiri. Hal ini dapat dilihat dalam Gambar 3.20. Dalam bagian (a) diasumsikan bahwa robeknya web akan terjadi sepanjang lintasan abcdef . Alternatif lain kemungkinan robeknya batang ini adalah abdef seperti diperlihatkan dalam bagian (b) dari Gambar 3.20. Untuk sambungan ini diasumsikan bahwa beban yang dipikul terdistribusi merata diantara kelima baut. Jadi jika robek web ditinjau untuk kasus (b), maka kita hanya mengasumsikan 4/5 N
u
(a) (b)
yang dipikul oleh penampang, karena satu baut berada diluar daerah robek.
Gambar 3.20 Dua Kemungkinan Robek Web
Perlu dicatat bahwa kekuatan geser blok total akan sama dengan kekuatan geser blok sepanjang lintatas abdef ditambah kekuatan baut C, karena baut itu harus runtuh. Untuk menghitung lebar bidang tarik abc dan abd dalam kasus ini, dapat digunakan rumusan s2 Bidang tarik Bidang geser a f e d c b Bidang tarik Bidang geser a f e d c b Bidang tarik Bidang geser a f e d c b
/2u sebagaimana dibahas dalam Sub Bab 3.4.
Bidang tarik Bidang geser a f e d c b Bidang tarik Bidang geser a f e d c b Bidang tarik Bidang geser a f e d c b
Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 60
Kumpuan Soal
Gunakan lubang baut ukuran standar untuk semua soal berikut. 3.1 s.d. 3.18 Hitung luas netto dari setiap elemen yang ditinjau. 3.1
Gambar S3.1 Elemen Untuk Soal 3.1
3.2
Gambar S3.2 Elemen Untuk Soal 3.2
3.3
Gambar S3.3 Elemen Untuk Soal 3.3
3.4
Gambar S3.4 Elemen Untuk Soal 3.4
Baut 20 mm IWF250x125x29,6 Baut 20 mm IWF250x125x29,6 Baut 19 mm WT300x150x18,4 Baut 19 mm WT300x150x18,4
Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 61
3.5 Profil siku L100x200x40 dengan satu baris baut diameter 22 mm pada setiap kaki. 3.6 Sepasang L100x150x26,1 dengan dua baris baut diameter 19 mm pada kaki panjang
dan satu baris pada kaki pendek.
3.7 Profil IWF200x200x49,9 dengan dua baris baut diamter 22 mm pada setiap flens dan dua pada web.
3.8 Pelat 19x300 pada Gambar S3.8. Baut 22 mm.
Gambar S3.8 Elemen Untuk Soal 3.8
3.8 Pelat 12x230 pada Gambar S3.9. Baut 22 mm.
Gambar S3.9 Elemen Untuk Soal 3.9
3.10 Pelat 22x300 pada Gambar S3.10. Baut 22 mm.
Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 62
3.11 Siku 100x200x40 dengan satu baris baut 19 mm pada masing-masing kaki. Jarak baut 75 mm pada setiap baris dan dipasang zig-zag dengan jarak 40 mm satu sama lain.
Gambar S3.11 Elemen Untuk Soal 3.11
3.12 Untuk pelat pada Gambar S3.12, hitung pitch s jika hanya perlu mengurangi dua baut pada setiap perhitungan luas netto. Baut 19 mm.
Gambar S3.12 Elemen Untuk Soal 3.12
3.13 Sama seperti Soal 3.12 tetapi baut yang harus dikurangi pada setiap penampang adalah 1½ lubang.
3.14 Profil L200x200x59,9 digunakan sebagai batang tarik dengan satu garis gage untuk baut 1 in pada setiap kaki dengan lokasi gage standar. (Lihat Tabel 3.1). Berapa jarak minimum dari zig-zag sehingga hanya perlu mengurangi satu baut dari luas bruto? Hitung luas netto batang ini jika lubang dibuat zig-zag dengan jarak 50 mm.
3.15 Gambar S3.15 memperlihatkan siku L100x150x26,1. Pada kaki panjang digunakan dua baris baut 19 mm dan pada kaki pendek digunakan satu baris baut. Tentukan jarak zig-zag minimum (atau pitch, s) yang diperlukan sehingga hanya dua baut yang perlu dikurangi dalam menentukan luas netto.
3.16 Profil siku 100x200x31,6 mempunyai satu baris lubang untuk baut 14 mm pada masing-masing kaki. Tentukan pitch minimum sehingga hanya perlu mengurangi 1½ lubang untuk menghitung luas netto. (Gunakan gage standar untuk siku seperti dalam Tabel 3.1). 90 mm 110 mm 20 mm 80 mm 90 mm 110 mm 20 mm 80 mm
Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 63
Gambar S3.15 Profil Siku Untuk Soal 3.15
3.16 Sebagai latihan menggunakan peraturan lain yaitu AISC-LRFD, soal-soal yang tersisa diberikan dalam profil yang ada dalam Manual AISC-LRFD serta dimensi dalam satuan inci. Properti penampang diberikan dalam lampiran dari buku ini yang diambil dari AISC-LRFD.
3.17 Tentukan luas penampang efektif dari kanal C15 x 40 dalam Gambar S3.17. Lubang untuk baut ¾ in. (Jawab: 10,05 in2
Gambar S3.17 Profil Kanal Untuk Soal 3.17
3.18 Hitung luas netto efektif penampang built-up dalam Gambar S3.18 jika dengan lubang untuk baut 7/8 in. Asumsikan paling sedikit ada tiga baut pada setiap baris.
Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 64
Gambar S3.18 Penampang Built-up Untuk Soal 3.18
3.19 s.d. 3.22 Tentukan luas netto efektif penampang dengan menggunakan nilai U
yang diberikan dalam Tabel 3.2. Asumsikan paling sedikit ada tiga baut dalam satu baris.
3.19
Gambar S3.19 Profil Untuk Soal 3.19
3.20 Tentukan luas netto efektif MC12 x 45 dalam Gambar S3.20. Asumsikan lubang untuk baut 1-in.
Gambar S3.20 Profil Untuk Soal 3.20
3.21 Profil C12 x 20,7 disambungkan melalui web dengan tiga baris gage dengan baut ¾ in. Jarak antar gage 3 in dan jarak antar baut sepanjang garis gage adalah 4 in. Jika baut baris tengah dibuat zig-zag terhadap baris luar, tentukan luas netto efektif dari profil ini. Asumsikan ada tiga baut dalam satu baris. (Jawab: 4,67 in2
Pelat 1 x 14
MC13 x 50
Pelat 1 x 14
MC13 x 50
Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 65
3.22
Gambar S3.22 Profil Untuk Soal 3.22
3.23 s.d. 3.26 Dapatkan nilai U dengan menggunakan rumus.
3.23 Ulangi Soal 3.19. (Jawab: 3,79 in2 3.24 Ulangi Soal 3.20.
).
3.25 Ulangi Soal 3.22. (Jawab: 7,65 in2).
3.26 Tentukan kuat tarik rencana Nu dari W12 x 45 A36 dengan dua baris baut ¾ in pada setiap flens (tiga baut setiap baris dengan jarak 3 in). Abaikan kekuatan geser blok.
3.27 Tentukan kuat tarik rencana Nu dari W18 x 119 A572 mutu 50 dengan dua baris baut 1 in pada setiap flens (paling sedikit ada empat baut setiap baris dengan jarak 3 in). Abaikan kekuatan geser blok. (Jawab: 1138,3 k).
3.28 Batang tarik siku tunggal L7 x 4 x ¾ mempunyai dua baris gage pada kaki panjang dan satu pada kaki pendek untuk baut ¾ in dan disusun seperti pada Gambar S3.28. Tentukan kuat tarik rencana Nu jika A572 mutu. Abaikan kekuatan geser blok.
3.29 Hitung kuat rencana sambungan baut dengan mengabaikan geser blok dari profil siku dalam Gambar S3.29. Siku terbuat dari baja A36 dan baut ¾ in. (Jawab: 110,8 k).
Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 66
Gambar S3.28 Profil Siku Untuk Soal 3.28
Gambar S3.29 Profil Siku Untuk Soal 3.29
3.30 Tentukan kuat tarik rencana Pu
Gambar S3.30 Siku Ganda Untuk Soal 3.30
dari siku ganda 6 x 6 x ¾ dalam Gambar S3.30 yang terbuat dari A242 mutu 50. Gunakan standar gage dari Tabel 3.1 atau Manual LRFD untuk baut ¾ in. Abaikan kekuatan geser blok.
3.31 Siku 7 x 4 x 3/8 disambung dengan tiga baut 1 in. Jika siku terbuat dari baja A36, hitung kekuatan geser blok. Bandingkan hasilnya dengan kuat tarik rencana batang. (Jawab: 100,8 k).
2,0 in 2,0 in 2,0 in 2,0 in
Nu
2,0 in 2,0 in 2,0 in 2,0 in
Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 67
Gambar S3.31 Siku Untuk Soal 3.31
3.32 Profil W12 x 53 disambung pada ujungnya dengan pelat seperti pada Gambar S3.32. Tentukan kekuatan geser blok batang jika profil terbuat dari baja A36 dan disambung dengan enam buah baut 7/8 in pada setiap flens seperti pada gambar. Bandingkan hasilnya dengan kuat tarik rencana batang. Untuk sementara, kekuatan pelat tidak perlu dicek.
Gambar S3.32 Profil Untuk Soal 3.32
3.33 Ulangi Soal 3.26 jika baja A242 mutu 50 dan geser blok diperhitungkan.
Gambar S3.33 Profil Untuk Soal 3.33
3.34 Hitung kuat tarik rencana siku 6 x 6 x ½ dalam Gambar S3.34 jika baja mempunyai Fy = 50 ksi dan Fu
Nu 2 in 4 in 4 in 4 in 3 in Nu 2 in 4 in 4 in 4 in 3 in
= 65 ksi. Tinjau geser blok dan kekuatan tarik siku.
Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 68
Gambar S3.34 Siku Untuk Soal 3.34
3.35 Profil W14 x 82 mempunyai dua baris baut 7/8 in (tiga baut dalam satu baris berjarak 4 in) pada setiap flens. Jika baja A572 mutu 50, tentukan beban mati maksimum dan beban tarik layan (ND dan NL) yang dapat dipikul jika beban layan terdiri dari 30% beban mati dan 70% beban hidup. Gunakan U dari Tabel dalam LRFD Spec. B.3. (Jawab: ND = 169,6 k, NL = 395,7 k).
3.36 Ulangi Soal 3.35 jika batang adalah C12 x 30 dengan tiga baris baut ¾ in. (empat baut setiap baris dengan jarak 3 in.) dalam web.
3.37 Profil WT15 x 62 dari baja A572 mutu 50 mempunyai las transversal pada flens saja di bagian ujungnya. Tentukan kuat tarik rencana Nu dengan menggunakan rumus LRFD Spec. B.3 untuk menentukan U. (Jawab: 476,8 k).
3.38 Dua profil MC13 x 50 seperti pada Gambar S3.38 mempunyai las transversal pada web saja. Hitung kuat tarik rencana Pu
Gambar S3.38 Profil Untuk Soal 3.38
Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 69
Tujuan Pembelajaran Umum:
Memberikan pengenalan dilanjutkan dengan pemahaman tentang metode perancangan batang tarik dengan memperhatikan pengaruh lubang baut dan geser blok.
Tujuan Pembelajaran Khusus:
Memberikan pembekalan kepada mahasiswa agar mempunyai kompetensi dalam merancang batang tarik yang disambung dengan baut maupun las dengan memperhatikan geser blok. Analisa simplifikasi terhadap fatik juga diberikan karena batang aksial akan mengalami fatik selama masa layannya.
Perancangan Struktur Gedung Metode LRFD – Elemen Aksial 70